JP2016051815A - Semiconductor device, manufacturing method of semiconductor device, print head, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、プリントヘッド、及び画像形成装置に関し、例えば、電子写真式のプリンタ等の画像形成装置に適用し得る。 The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, a print head, and an image forming apparatus, and can be applied to an image forming apparatus such as an electrophotographic printer.
従来、この種の装置は特許文献1の第2の実施形態に開示されるものがあり、成長基板となるGaAs基板上へn型、p型、n型と順にエピタキシャル成長させ、成長後に表面のn型層へp型不純物を拡散させることによって、pnpn構造を形成していた。さらに、そのpnpn構造を成長基板より剥離し、駆動回路が形成された異種基板へ接合させる構造であった。 Conventionally, this type of apparatus is disclosed in the second embodiment of Patent Document 1, and is epitaxially grown in the order of n-type, p-type, and n-type on a GaAs substrate serving as a growth substrate, and the surface n is grown after the growth. A pnpn structure was formed by diffusing p-type impurities into the mold layer. Further, the pnpn structure is peeled off from the growth substrate and bonded to a different substrate on which a drive circuit is formed.
従来発光機能に対応する半導体装置としては、特許文献1に記載されたものが存在する。特許文献1に記載された半導体装置は、下から順に、n型の第1層、p型の第2層、n型の第3層、p型の第4層のサイリスタ構造となっている。 As a conventional semiconductor device corresponding to a light emitting function, there is one described in Patent Document 1. The semiconductor device described in Patent Document 1 has a thyristor structure of an n-type first layer, a p-type second layer, an n-type third layer, and a p-type fourth layer in order from the bottom.
しかし、従来のサイリスタ構造で発光機能に対応する半導体装置では、p型の第4層(一番上部の層)は、n型の第3層に対する不純物の拡散により形成される。そして、特許文献1に記載された発光機能に対応する半導体装置では、p型の第4層(一番上部の層)の領域の形状及びサイズによって、発光する領域の形状及びサイズが定まる。しかし、不純物の拡散によりn型の第3層上にp型の第4層を形成する際、高温での加熱が必要となるため、当該半導体装置の駆動回路等の他の基板へ接合した後に、上述の不純物の拡散の工程を行うことはできない。したがって、特許文献1に記載された半導体装置を、駆動回路に接合する際には、その接合の前に、p型の第4層を形成する工程(不純物の拡散処理)を終えておく必要がある。 However, in a semiconductor device corresponding to a light emitting function with a conventional thyristor structure, the p-type fourth layer (uppermost layer) is formed by impurity diffusion with respect to the n-type third layer. In the semiconductor device corresponding to the light emitting function described in Patent Document 1, the shape and size of the light emitting region are determined by the shape and size of the region of the p-type fourth layer (the uppermost layer). However, when the p-type fourth layer is formed on the n-type third layer by the diffusion of impurities, heating at a high temperature is required. Therefore, after bonding to another substrate such as a drive circuit of the semiconductor device, The above-described impurity diffusion process cannot be performed. Therefore, when the semiconductor device described in Patent Document 1 is bonded to the drive circuit, it is necessary to finish the step of forming the p-type fourth layer (impurity diffusion treatment) before the bonding. is there.
しかしながら、従来の半導体装置では、不純物の拡散をおこなった時点で、発光する領域が確定してしまうため、不純物の拡散の工程の後に、駆動回路への接合を行う際に、高い精度で位置決めを行う必要があった。したがって、従来の発光機能に対応する半導体装置を駆動回路等の異種基板に接合する際には、高い位置決めの精度に対応する高コストの組立装置を採用する必要があったり、位置決めに時間がかかり大量生産する際のスループットが低下するという問題があった。 However, in the conventional semiconductor device, since the region to emit light is determined at the time of impurity diffusion, positioning with high accuracy is performed when bonding to the drive circuit after the impurity diffusion step. There was a need to do. Therefore, when a conventional semiconductor device corresponding to a light emitting function is bonded to a different substrate such as a drive circuit, it is necessary to employ an expensive assembly device corresponding to high positioning accuracy, or positioning takes time. There was a problem that the throughput in mass production decreased.
そのため、より効率的に製造することができる半導体装置、半導体装置の製造方法、プリントヘッド、及び画像形成装置が望まれている。 Therefore, a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, a print head, and an image forming apparatus that can be manufactured more efficiently are desired.
第1の本発明は、駆動回路が形成された基板と、前記基板上に付けられており複数の発光素子が形成されている半導体薄膜とを備える半導体装置において、(1)前記半導体薄膜は、エピタキシャル成長により形成された半導体層を用いて構成されており、(2)前記半導体薄膜の表面の一部の領域には不純物拡散が行われており、(3)前記不純物拡散が行われた領域内に、前記発光素子で発光可能な発光領域が形成されており、(4)前記半導体薄膜で不純物拡散される不純物拡散領域は、前記発光領域よりも広くなっていることを特徴とする。 A first aspect of the present invention is a semiconductor device comprising: a substrate on which a drive circuit is formed; and a semiconductor thin film attached on the substrate and formed with a plurality of light emitting elements. (1) The semiconductor thin film includes: (2) Impurity diffusion is performed in a part of the surface of the semiconductor thin film, and (3) In the region in which the impurity diffusion is performed. In addition, a light emitting region capable of emitting light by the light emitting element is formed. (4) An impurity diffusion region in which impurities are diffused in the semiconductor thin film is wider than the light emitting region.
第2の本発明は、駆動回路が形成された基板と、前記基板上に付けられており複数の発光素子が形成されている半導体薄膜とを備える半導体装置の製造方法において、(1)エピタキシャル成長により半導体層を有する半導体薄膜を形成する第1の工程と、(2)前記半導体薄膜の表面の一部の領域に不純物拡散を行う第2の工程と、(3)前記不純物拡散が行われた領域内に、前記発光素子で発光可能な発光領域を形成する第3の工程とを含み、(4)前記第3の工程では、前記半導体薄膜で不純物拡散される不純物拡散領域を、前記発光領域よりも広くすることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: a substrate on which a drive circuit is formed; and a semiconductor thin film formed on the substrate and formed with a plurality of light emitting elements. A first step of forming a semiconductor thin film having a semiconductor layer; (2) a second step of impurity diffusion in a partial region of the surface of the semiconductor thin film; and (3) a region where the impurity diffusion has been performed. And (3) forming a light emitting region capable of emitting light by the light emitting element, and (4) in the third step, an impurity diffusion region in which impurities are diffused in the semiconductor thin film is formed from the light emitting region. It is also characterized by widening.
第3の本発明は、複数の発光素子が形成された半導体装置と、前記半導体装置を搭載するための実装基板と、前記複数の発光素子の出射光を収束するレンズアレイとを備えるプリントヘッドにおいて、前記半導体装置として第1の本発明の半導体装置を適用したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a print head comprising a semiconductor device having a plurality of light emitting elements formed thereon, a mounting substrate for mounting the semiconductor device, and a lens array for converging light emitted from the plurality of light emitting elements. The semiconductor device of the first aspect of the present invention is applied as the semiconductor device.
第4の本発明は、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体の表面を露光して前記静電潜像担持体の表面に静電潜像を形成するプリントヘッドと、前記静電潜像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像手段と、前記静電潜像担持体の表面に現像された画像を媒体に転写する転写手段とを備える画像形成装置において、前記プリントヘッドとして第3の本発明のプリントヘッドを適用したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electrostatic latent image carrier that carries an electrostatic latent image, and exposing the surface of the electrostatic latent image carrier to form an electrostatic latent image on the surface of the electrostatic latent image carrier. A print head to be formed; developing means for developing the electrostatic latent image formed on the surface of the electrostatic latent image carrier; and transfer for transferring the image developed on the surface of the electrostatic latent image carrier to a medium In the image forming apparatus, the print head according to the third aspect of the present invention is applied as the print head.
本発明によれば、より効率的に製造可能な半導体装置、プリントヘッド、及び画像形成装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device, a print head, and an image forming apparatus that can be more efficiently manufactured.
(A)第1の実施形態
以下、本発明による半導体装置、半導体装置の製造方法、プリントヘッド、及び画像形成装置の第1の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。なお、以下では、本発明の半導体装置及びプリントヘッドを、発光素子アレイチップ及び光プリントヘッドに適用した例について説明する。
(A) First Embodiment Hereinafter, a semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor device, a print head, and an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, an example in which the semiconductor device and the print head of the present invention are applied to a light emitting element array chip and an optical print head will be described.
(A−1)第1の実施形態の構成
図2は、第1の実施形態の画像形成装置の概略断面図である。
(A-1) Configuration of First Embodiment FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an image forming apparatus according to the first embodiment.
画像形成装置200は、発光素子(例えば3端子発光素子である発光サイリスタ)とその駆動回路を有する半導体装置としての発光素子アレイチップを搭載した光プリントヘッドを用いた電子写真式プリンタである。
The
画像形成装置200は、記録媒体205の搬送経路に沿って順に配置されたイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各色の画像を電子写真方式を用いて形成する4つのプロセスユニット201−1〜201−4と、記録媒体205を収納する記録媒体カセット206と、記録媒体205を1枚ずつ分離させ搬送するためのホッピングローラ207と、記録媒体205の搬送方向においてホッピングローラ207の下流に配置されるピンチローラ208、209と、ピンチローラ208、209と共に記録媒体205を挟みこみ記録媒体205を搬送する搬送ローラ210と、記録媒体205の斜行を修正してプロセスユニット201a〜201dに搬送するレジストローラ211と、プロセスユニット201a〜201dに対向して配置された半導電性のゴム等からなるものであり感光ドラム202に形成された画像(トナー像、現像剤像)を記録媒体205に転写する転写手段としての転写ローラ212と、記録媒体205上のトナー像を加熱・加圧して定着させる定着装置213と、排出ローラ214、215と、排出部のピンチローラ216、217と、用紙スタッカ部218とを有する。
The
なお、プロセスユニット201−1〜201−4は、トナーの色以外はそれぞれ同じ構成であるものとする。各プロセスユニット201は、静電潜像を担持する静電潜像担持体としての感光ドラム202と、この感光ドラム202の周囲に配置され、感光体ドラム202の表面を帯電させる帯電装置203と、帯電された感光体ドラム202の表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光手段としての光プリントヘッド204と、感光ドラム202の表面に形成された静電潜像にトナー(現像剤)を供給して現像する現像手段としての現像装置220と、感光体ドラム202上に現像された画像(トナー像、現像剤像)を記録媒体205に転写した後に感光体ドラム202に残留したトナーを除去するクリーニング装置219を有している。
The process units 201-1 to 201-4 have the same configuration except for the color of the toner. Each process unit 201 includes a
図3は、光プリントヘッド204の構造の概略を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing the structure of the
プリントヘッドとしての光プリントヘッド204は、図3に示すように、ベース材料221と、ベース材料221上に固定された光プリントヘッド基板ユニット230と、柱状の光学素子を多数配列しているロッドレンズアレイ222と、ロッドレンズアレイ222を固定するためのホルダ223と、ベース材料221と光プリントヘッド基板ユニット230とホルダ223とを固定するためのクランプ部材224a、224bを有する。なお、光プリントヘッド204において、光プリントヘッド基板ユニット230以外の構成要素は限定されないものである、種々の光プリントヘッドと同様の構成とすることができる。
As shown in FIG. 3, an
図4は、光プリントヘッド基板ユニット230を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the optical print
光プリントヘッド基板ユニット230は、プリント配線板231と、発光素子用の駆動回路がそれぞれ形成された複数個のチップ状のドライバIC232を有する。各ドライバIC232は、プリント配線板231上に熱硬化性樹脂等により固定されている。また、各ドライバIC232の表面には、薄膜状の3端子発光素子アレイ233が接合されている。ドライバIC232の各端子とプリント配線板231の図示しない端子パッドの間がボンディングワイヤ234より電気的に接続されている。
The optical print
なお、以下では、3端子発光素子アレイ233が付けられたドライバIC232を発光素子アレイチップ236と呼ぶものとする。すなわち、光プリントヘッド基板ユニット230では、プリント配線板231上に、複数の発光素子アレイチップ236が1列に並べて配置されている。
Hereinafter, the
図5は、発光素子アレイチップ236(ドライバIC232および3端子発光素子アレイ233により構成される半導体複合装置)の平面図である。また、図6、図7はそれぞれ図5中のA−A’線、B−B’線の断面図である。なお、以下では、3端子発光素子アレイ233(3端子発光素子235)の図示及び説明を行う際に、図5の方向から見た左右方向(3端子発光素子アレイ233の長手方向)をX方向、図5の方向から見た上下方向(3端子発光素子アレイ233の短手方向)をY方向と呼ぶものとする。
FIG. 5 is a plan view of the light emitting element array chip 236 (semiconductor composite device including the
3端子発光素子アレイ233には、複数の発光素子としての3端子発光素子235が1列に並べて配置されている。
In the three-terminal light-emitting
3端子発光素子アレイ233では、下方向から順に接合層241、カソード層242、カソードコンタクト層243、下クラッド層244、活性層245、上クラッド層246、ゲート層247a、248a、249aが形成されている。
In the three-terminal light emitting
ゲート層247a、248a、249aの一部の領域には、p型不純物を拡散してp型半導体層としたアノード層247b、248b、249bが形成されている。アノード層247b、248b、249bは、それぞれ、n型半導体層のゲート層247a、248a、249aの一部の領域にp型不純物が拡散されp型半導体層となった部分である。
Anode layers 247b, 248b, and 249b are formed in a partial region of the
各3端子発光素子235では、アノード層249b、カソードコンタクト層243、及びゲート層249aのそれぞれに、アノードコンタクト電極250、カソードコンタクト電極251、及びゲートコンタクト電極252が形成されている。そして、それぞれの電極は、ドライバIC232の図示しない端子パッドと薄膜配線で電気的に接続されている。また、3端子発光素子アレイ233は、平坦化膜240を介してドライバIC232と接合している。
In each three-terminal
次に、アノード層248b、249bの構成について図1を用いて説明する。 Next, the structure of the anode layers 248b and 249b will be described with reference to FIG.
図1は、1つの3端子発光素子235を構成するアノード層248b、249bの露出した部分のみを図示した平面図である。
FIG. 1 is a plan view illustrating only exposed portions of anode layers 248b and 249b constituting one three-terminal
アノード層249bは、アノード層248bよりも小さいサイズにカットされている。アノード層249bの形状及びサイズ(アノード層249bとアノード層248bとの境界で形成される面の形状及びサイズ)は限定されないものであるが、ここでは1辺がWaの正方形(矩形)であるものとして説明する。
The
また、図1に示すように、各3端子発光素子235では、アノード層249b含む領域LAが、光プリントヘッド204の機能(露光装置の機能)上有効に発光する領域(以下、「発光有効領域」とも呼ぶ)となる。発光有効領域LAは、アノード層249bの周囲に形成されるため、アノード層249bの位置、形状、広さ(サイズ)に応じた位置、形状、広さの領域となる。ここでは、図1に示すように、発光有効領域LAは、アノード層249bを中心とした略矩形の形状(アノード層249bの形状と略相似形の形状)であるものとして説明する。また、ここでは、発光有効領域LAは、1辺の長さがWeの正方形(矩形)であるものとする。
Further, as shown in FIG. 1, in each three-terminal
さらに、各3端子発光素子235では、アノード層248bで露出している上面の領域(アノード層249bが形成されている領域を含み、発光有効領域LAとして有効に機能可能な領域)の形状及びサイズも限定されないものであるが、1辺が所定の幅(詳細については後述)の正方形(矩形)であるものとする。
Further, in each of the three-terminal
以下では、アノード層249b、発光有効領域LA、及びアノード層248bのそれぞれについて、左右方向(X方向)の幅をX1、X2、及びX3とも表すものとする。また、以下では、アノード層249b、発光有効領域LA、及びアノード層248bのそれぞれについて、上下方向(Y方向)の幅をY1、Y2、及びY3とも表すものとする。
Hereinafter, for the
なお、図1、図5〜図7は概略図であり、各半導体層の厚さ等の形状を正確に表すものではない。また、3端子発光素子アレイ233を説明する各図では、各3端子発光素子235が露出した状態となっているが、必要に応じて無機あるいは有機絶縁膜で被覆してもよいことは当然である。
1 and 5 to 7 are schematic views and do not accurately represent shapes such as thicknesses of the respective semiconductor layers. In each drawing explaining the three-terminal light-emitting
次に、3端子発光素子アレイを製造する際に好適となる半導体材料の構成例について説明する。 Next, a configuration example of a semiconductor material suitable for manufacturing a three-terminal light emitting element array will be described.
3端子発光素子アレイ233を構成する半導体材料としては、GaAs、AlGaAs、AlAs、InGaP、AlInGaP、InAlGaAs等の材料を使用することができる。以下に、エピタキシャル層264の構成例を示す。
As a semiconductor material constituting the three-terminal light emitting
バッファ層261はn型GaAs、犠牲層262はn型AlAs、接合層241はn型GaAs、カソード層242はn型AlxGa1-xAs、カソードコンタクト層243はn型GaAs、下クラッド層244はn型AlyGa1-yAs、活性層245はn型AlzGa1-zAs、上クラッド層246はp型AlyGa1-yAsの上にp型AlzGa1-zAsの2層構造、ゲート層247aはn型AlyGa1-yAs、ゲート層248aはn型AlwGa1-wAs、ゲート層249aはn型GaAsである。ここで、発光素子の発光波長が760nmの場合は、x=0.2、y=0.6、z=0.15、w=0.4であることが望ましい。
The
なお、上記半導体層に加え、電極形成の際にカソードコンタクト層243を露出するためのエッチング停止層として、カソードコンタクト層243と下クラッド層244の間に例えばn型のInvGa1-vP等を加えることもできる。ここで、v=0.49〜0.51であることが望ましい。また、アノードコンタクト電極250、カソードコンタクト電極251、ゲートコンタクト電極252を構成する金属としては、Au、Ge、Ni、Ti、Pt、Pd、W、Alあるいはそれらの合金によって構成される。さらに、ITOやZnOといった酸化物半導体でもよい。
In addition to the semiconductor layer, as an etching stop layer for exposing the
次に、第1の実施形態の画像形成装置200(光プリントヘッド204)を構成する、発光素子アレイチップ236の製造方法について説明する。
Next, a manufacturing method of the light emitting
まず、発光素子アレイチップ236を構成する3端子発光素子アレイ233の製造方法について説明する。
First, a method for manufacturing the three-terminal light emitting
まず、図8に示すように、成長基板260に、種々の有機金属化学蒸着法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、以下「MOCVD法」という。)や分子線エピタキシー法(Molecular Beam Epitaxy、以下「MBE法」という。)等を用いエピタキシャル層264を形成する。
First, as shown in FIG. 8, various organic metal chemical vapor deposition (hereinafter referred to as “MOCVD method”) or molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as “MBE method”) is applied to the
図8は、発光素子アレイチップ236(3端子発光素子アレイ233)の製造過程で、エピタキシャル層264が形成された状態の概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the
エピタキシャル層264は、下層から順に、バッファ層261、犠牲層262、接合層241、カソード層242、カソードコンタクト層243、下クラッド層244、活性層245、上クラッド層246、ゲート層247a、248a、249aとなっている。
The
次に、図9に示すように、選択拡散により、帯形状にp型不純物をゲート層249aからゲート層247aの途中まで拡散する。
Next, as shown in FIG. 9, p-type impurities are diffused in a band shape from the
図9は、発光素子アレイチップ236(3端子発光素子アレイ233)の製造過程で、ゲート層247a、248a、249aに、p型不純物が拡散された状態の概略図である。
FIG. 9 is a schematic view showing a state in which p-type impurities are diffused in the
第1の実施形態では、図9に示すように、ゲート層249aの上面の帯形状(長方形)の領域(以下、「不純物拡散領域」と呼ぶ)に、p型不純物を拡散させるものとする。図9では、帯形状の不純物拡散領域DAの幅(短手方向の幅、上下方向(Y方向)の幅)をWdと図示している。なお、不純物拡散領域DA内は、アノード層249b及びアノード層248bとして機能可能な領域であるものとする。また、帯形状の不純物拡散領域DAの幅Wdは、3端子発光素子235の仕様上必要となる発光有効領域LAの上下方向(Y方向)の幅Y2(=We)よりも広くなっている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 9, a p-type impurity is diffused in a band-shaped (rectangular) region (hereinafter referred to as “impurity diffusion region”) on the upper surface of the
次に、エッチングにより犠牲層262を露出させた後、図10に示すように、犠牲層のみを選択的にエッチングすることによって、成長基板260より、3端子発光素子アレイ233を構成する元となるエピフィルム263を剥離することができる。
Next, after the
図10は、発光素子アレイチップ236(3端子発光素子アレイ233)の製造過程で、犠牲層262が露出されエッチングされる状態の概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state where the
次に、表面に平坦化膜240が形成されたドライバIC232にエピフィルム263を接合させる。ドライバIC232(平坦化膜240)に、エピフィルム263を接合させるための具体的な装置については限定されないものであるが、種々の半導体装置の組立装置を適用することができる。
Next, the
図11は、発光素子アレイチップ236の製造過程で、ドライバIC232にエピフィルム263が付けられた状態(発光素子アレイチップ236)の平面図である。
FIG. 11 is a plan view of a state where the
ところで、ドライバIC232(平坦化膜240)の表面にエピフィルム263を接合させるときに、用いる組立装置の性能に応じて、目標とする位置からずれが生じる場合がある。
By the way, when the
図12は、発光素子アレイチップ236で発生する接合ずれ量の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of the amount of misalignment that occurs in the light emitting
図12(a)は、エピフィルム263が目標位置に接合された状態(ずれが無く接合された状態)について示している。また、図12(b)は、エピフィルム263が目標位置からずれて接合された状態について示している。図12(b)では、エピフィルム263の位置が、目標位置から左右方向(X方向)にXd、上下方向(Y方向)にYdずれている状態について示している。以下では、エピフィルム263が目標位置からずれて接合された場合に発生するずれの量(Xd、Yd)を、「接合ずれ量」と呼ぶものとする。
FIG. 12A shows a state where the
次に、ゲート層249a及びアノード層249bから、電極(アノードコンタクト電極250およびゲートコンタクト電極252)とコンタクトする領域以外を除去する。すなわち、発光素子アレイチップ236の製造過程では、ドライバIC232(平坦化膜240)に、エピフィルム263が付けられた後、最終的なアノード層249bの形状が整形(上述の図1等の形状が整形)される。ここでは、アノード層249bとして残存する位置やアノードコンタクト電極250の配置が行われる位置は、ドライバIC232の位置が基準となる。
Next, regions other than the regions in contact with the electrodes (the
すなわち、上述の図12(b)に示すように、ドライバIC232(平坦化膜240)に、エピフィルム263をつける位置が目標位置からずれる場合、エピフィルム263だけに着目すると、アノード層249bとして残存する位置やアノードコンタクト電極250の配置が行われる位置も同じ量ずれることになる。このとき、各3端子発光素子アレイ233において、目標となるサイズの発光有効領域LA(X2*Y2の領域、ここでは1辺の幅がWeの正方形の領域)が全てアノード層248bの領域内(X3*Y3の領域)に含まれる必要がある。目標となる発光有効領域LAの一部でも欠けた状態となると、発光素子アレイチップ236の露光装置としての機能や性能に影響を与えることになってしまうからである。
That is, as shown in FIG. 12B described above, when the position where the
そのため、この実施形態では、不純物拡散領域DAのサイズ(広さ)を調整することにより、目標となる発光有効領域LAを全てアノード層248bの領域内に収めるものとする(詳細については後述)。
Therefore, in this embodiment, by adjusting the size (width) of the impurity diffusion region DA, it is assumed that the target light emission effective region LA is all within the region of the
そして、エッチングにより、3端子発光素子235ごとのカソードコンタクト面(カソードコンタクト層243)を露出させると共に、3端子発光素子235ごとの分離を行う。また、発光素子アレイチップ236の製造過程では、適宜、図示しない無機、あるいは、有機絶縁膜を形成した後、アノードコンタクト電極250、カソードコンタクト電極251、ゲートコンタクト電極252を形成することにより発光素子アレイチップ236を作成することができる。
Then, the cathode contact surface (cathode contact layer 243) for each three-terminal
以上のような工程で、発光素子アレイチップ236は製造することができる。
The light emitting
次に、この実施形態では、不純物拡散領域DAの形状調整の詳細について説明する。 Next, in this embodiment, details of the shape adjustment of the impurity diffusion region DA will be described.
上述の通り、各3端子発光素子アレイ233において、目標となるサイズの発光有効領域LAが全てアノード層248bの領域内に含まれる必要がある。しかし、上述の通り、ドライバIC232(平坦化膜240)に、エピフィルム263を接合する位置が目標位置からずれて、接合ずれ量Xd、Ydが発生する場合がある。ドライバIC232(平坦化膜240)に、エピフィルム263を接合する際に、精度の高い組立装置を用いることも考えられるが、精度の高い組立装置は高コストで且つ組立速度が遅くなる(位置決めを行うための時間が長くかかる)傾向にある。
As described above, in each of the three-terminal light emitting
そのため、この実施形態の発光素子アレイチップ236では、製造過程で発生する接合ずれ量Xd、Ydの最大量(以下、「接合最大ずれ量」と呼ぶ)を考慮して、不純物拡散領域DAのサイズ(広さ)等の設定が行われるものとする。なお以下では、発光素子アレイチップ236の接合最大ずれ量を、Xdmax、Ydmaxと表すものとする。最大接合ずれ量Xdmax、Ydmaxは、発光素子アレイチップ236で用いる組立装置の仕様や実験に基づいた値を適用することができる。
Therefore, in the light emitting
第1の実施形態では、図9、図11に示すように、不純物拡散領域DAは左右方向(X方向)が長手方向となるように配置された帯形状(長方形)となっているため、左右方向(X方向)のずれが、3端子発光素子アレイ233全体の発光有効領域LAに対して与える影響は少ない。そのため、この実施形態では、不純物拡散領域DAの上下方向(Y方向)の幅Wdのみ、最大接合ずれ量Ydmaxを考慮した幅に設定するものとして説明する。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 9 and 11, the impurity diffusion region DA has a strip shape (rectangular shape) arranged so that the left-right direction (X direction) is the longitudinal direction. The influence of the deviation in the direction (X direction) on the light emission effective area LA of the entire three-terminal light emitting
なお、以下では、ドライバIC232(平坦化膜240)にエピフィルム263を接合させる際に、エピフィルム263の傾きについても考慮する必要があるが、図1に示すように、3端子発光素子235単体で見た場合に、傾きは、ほぼY方向のずれとして現れる。よって、最大接合ずれ量は、傾きによるY方向のずれも考慮した幅として設定するものとして以下の説明を行う。
In the following description, when the
図13は、発光素子アレイチップ236で上下方向(Y方向)で接合ずれ量Ydが発生した状態の平面図である。
FIG. 13 is a plan view of the light emitting
図13(a)では、発光素子アレイチップ236において、上下方向(Y方向)のうち上方向に接合ずれ量Ydが発生した状態について示している。図13(b)では、発光素子アレイチップ236において、上下方向(Y方向)のうち下方向に接合ずれ量Ydが発生した状態について示している。
FIG. 13A shows a state in which the bonding displacement amount Yd is generated in the upward direction in the vertical direction (Y direction) in the light emitting
図13(a)、図13(b)では、上下方向(Y方向)で接合ずれ量Ydが発生しているが、いずれの場合でも、目標となるサイズの発光有効領域LA(一辺がWdの正方形の領域)が全て、アノード層248bの領域内に収まっている。第1の実施形態の3端子発光素子235のような発光サイリスタ構造の半導体素子では、電流が横方向(同じ層の左右方向及び上下方向)に広がりづらいため、アノードコンタクト電極250およびp型不純物を拡散したアノード層249bの位置、形状、サイズによって発光有効領域LAが定まる。そのため、目標となる発光有効領域LAが全てアノード層248bより内側に収まっている限りは、3端子発光素子アレイ233内で発光有効領域LAのサイズや発光パターンが変化しない。
13 (a) and 13 (b), the amount of misalignment Yd occurs in the vertical direction (Y direction). In any case, the effective light emission area LA having a target size (with one side being Wd). All the square areas are within the area of the
次に、図1を用いて、3端子発光素子アレイ233において許容可能な接合ずれ量Xd、Ydの最大値(以下、「許容最大ずれ量」と呼ぶ)について説明する。なお以下では、左右方向(X方向)、上下方向(Y方向)の許容最大ずれ量を、それぞれXdp、Ydpと表すものとする。 Next, with reference to FIG. 1, a description will be given of the maximum values of junction deviation amounts Xd and Yd that are allowable in the three-terminal light-emitting element array 233 (hereinafter referred to as “allowable maximum deviation amounts”). In the following, the allowable maximum deviation amounts in the left-right direction (X direction) and the up-down direction (Y direction) are represented as Xdp and Ydp, respectively.
図1では、上下方向(Y方向)のアノード層249b、発光有効領域LA、及びアノード層248bの幅をそれぞれY1、Y2、Y3と図示している。なお、図1では、接合ずれ量が0の状態(Xd=Yd=0)について示している。すなわち、図1の状態では、アノード層249b(アノードコンタクト電極250)の中心点P1と、アノード層248bの中心点P2が平面図上では一致する状態となっている。また、ここでは、発光有効領域LAの中心点もアノード層249bの中心点P1と一致するものとして説明する。
In FIG. 1, the widths of the
そして、接合ずれ量が0の状態の場合、3端子発光素子235では、図1に示すように、上下方向(Y方向)で、発光有効領域LAの端部からアノード層248bの端部までの距離は、上下両端とも(Y3−Y2)/2となる。したがって、図1に示す3端子発光素子235では、許容最大ずれ量Ydpは、以下の(1)式のように示すことができる。
When the amount of junction deviation is 0, in the three-terminal
したがって、許容最大ずれ量Ydpが、最大接合ずれ量Ydmax以上(Ydp≧Ydmax)の値となるように、アノード層248bの上下方向(Y方向)の幅Y3を設定する必要がある。具体的には、アノード層248bの上下方向(Y方向)の幅Y3が以下の(2)式を満たすように設定することにより、接合ずれ量Ydが許容最大ずれ量Ydpとなった場合でも、目標となるサイズの発光有効領域LAを確保することができる。そのため、不純物拡散領域DAの上下方向(Y方向)の幅をWd、発光有効領域LAの上下方向(Y方向)の幅をWeとした場合、不純物拡散領域DAの幅Wdは、以下の(3)式を満たす関係となるように設定する必要がある。
Ydp=(Y3−Y2)/2 …(1)
Y3 ≧ Y2+(2*Ydmax) …(2)
Wd ≧ We+(2*Ydmax) …(3)
Therefore, it is necessary to set the width Y3 in the vertical direction (Y direction) of the
Ydp = (Y3-Y2) / 2 (1)
Y3 ≧ Y2 + (2 * Ydmax) (2)
Wd ≧ We + (2 * Ydmax) (3)
例えば、光プリントヘッド204が、600DPI(Dot Per Inchi)の解像度で露光可能である場合には、隣接する3端子発光素子235が配置される間隔(アノード層248bの中心点P1の間隔)が42μm程度となる。この場合、不純物拡散領域DAの幅Wd(X3、Y3)は20μm程度、発光有効領域LAの幅We(X2、Y2)は10μm程度となる。したがって、この場合、上記の(1)式に基づいて、許容最大ずれ量Ydpは5μmとなる。また、3端子発光素子アレイ233では、上下方向(Y方向)に最大5μmまでのずれ量が許容されることになる。したがって、この場合、最大接合ずれ量Ydmaxが5μm以下であればよいことになる。ただし、例えば、組立装置の仕様によって最大接合ずれ量Ydmaxが10μmとなった場合には、許容最大ずれ量Ydpも10μm以上とする必要がある。許容最大ずれ量Ydpを10μm以上とするためには、上記の(1)〜(3)式に基づいて、不純物拡散領域DAの幅Wd(Y3)を30μm以上とする必要がある。
For example, when the
(A−3)第1の実施形態の効果
第1の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
(A-3) Effects of First Embodiment According to the first embodiment, the following effects can be achieved.
第1の実施形態では、帯形状に不純物拡散領域DAを設けたエピフィルム263(半導体薄膜)をドライバIC232(異種基板、基板)に接合し、接合したドライバIC232側のパターン(例えば、ドライバIC232に形成される配線パターンや位置合わせ用のマークパターン)に合わせて、発光有効領域LAを形成する際に、帯形状の不純物拡散領域DAの幅Wdを目標となる発光有効領域LAよりも広くしている(大きなサイズとしている)。言い換えると第1の実施形態では、発光素子アレイチップ236の製造過程で生じる接合ずれ量Xd、Ydを考慮して、目標となる発光有効領域LAよりもアノード層248bの領域(不純物拡散領域DAの領域)を広くしている(大きなサイズとしている)。具体的には、第1の実施形態では、発光素子アレイチップ236の製造過程で生じる最大接合ずれ量Xdmax、Ydmaxに応じた分、目標となる発光有効領域LAよりもアノード層248b(不純物拡散領域DAの領域)の領域を広くしている。すなわち、第1の実施形態では、許容最大ずれ量Xdp、Ydpが最大接合ずれ量Xdmax、Ydmax以上となるように、アノード層248bの領域(不純物拡散領域DAの領域)の形状及びサイズが設定されている。
In the first embodiment, an epitaxial film 263 (semiconductor thin film) provided with an impurity diffusion region DA in a band shape is bonded to a driver IC 232 (heterogeneous substrate, substrate), and a pattern on the bonded
これにより、第1の実施形態の光プリントヘッド204では、エピフィルム263をドライバIC232に接合する際にずれが発生しても、各3端子発光素子235で、同じ形状で同じサイズの発光有効領域LAが得られるため、接合に使用する組立装置に高い位置合わせ精度を必要としない。また、第1の実施形態の光プリントヘッド204を製造する際には、エピフィルム263をドライバIC232に接合する際の合わせ精度に余裕ができるため、スループットの向上が期待できる。
Thereby, in the
(B)第2の実施形態
以下、本発明による半導体装置、半導体装置の製造方法、プリントヘッド、及び画像形成装置の第2の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。なお、以下では、本発明の半導体装置及びプリントヘッドを、発光素子アレイチップ及び光プリントヘッドに適用した例について説明する。
(B) Second Embodiment Hereinafter, a semiconductor device, a method for manufacturing the semiconductor device, a print head, and an image forming apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, an example in which the semiconductor device and the print head of the present invention are applied to a light emitting element array chip and an optical print head will be described.
(B−1)第2の実施形態の構成
第2の実施形態の画像形成装置200では、発光素子アレイチップ236の一部の構成及び製造方法が異なっている。以下では、第2の実施形態における発光素子アレイチップ236の構造(構成)及び製造方法について、第1の実施形態との差異を説明する。
(B-1) Configuration of Second Embodiment In the
図14は、第2の実施形態の発光素子アレイチップ236(3端子発光素子アレイ233が付けられたドライバIC232)の平面図である。また、図15、図16はそれぞれ図14中のC−C’線、D−D’線の断面図である。なお、第2の実施形態に係る各図面では、第1の実施形態と同一又は対応する部分には、同一又は対応する符号を付している。
FIG. 14 is a plan view of the light-emitting element array chip 236 (
図17は、第2の実施形態において、成長基板260上でエピタキシャル成長させたエピタキシャル層264へp型不純物を拡散した状態について示した説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a state in which p-type impurities are diffused into the
図18は、第2の実施形態の発光素子アレイチップ236の平面図(エッチング処理等行われる前の平面図)である。
FIG. 18 is a plan view of the light emitting
第1の実施形態では、上述の図9等に示すように帯形状(長方形)に不純物拡散領域DAが形成されていたが、第2の実施形態では、上述の図17、図18に示すように、3端子発光素子235ごとに分離した矩形(正方形)の領域に不純物拡散領域DAが形成されている。各不純物拡散領域DAの形状については限定されないものであるが、図17では、各不純物拡散領域DAについて一辺の幅がWdの正方形として図示している。第2の実施形態では、各不純物拡散領域DAが、各3端子発光素子235のアノード層248bの形状となる。すなわち、第2の実施形態では、3端子発光素子アレイ233がドライバIC232に接合される前に、アノード層248bの形状が確定していることになる。
In the first embodiment, the impurity diffusion region DA is formed in a band shape (rectangular shape) as shown in FIG. 9 and the like, but in the second embodiment, as shown in FIGS. 17 and 18 described above. In addition, an impurity diffusion region DA is formed in a rectangular (square) region separated for each three-terminal
なお、カソードコンタクト層の露出およびゲート分離エッチングの際に、不純物拡散領域DA(アノード層248bとゲート層247aとの間のpn接合界面)がエッチングされないことが満たされれば、各不純物拡散領域DAの形状は長方形や多角形、円形でも良い。
If the impurity diffusion region DA (the pn junction interface between the
図19は、第2の実施形態の発光素子アレイチップ236で、接合ずれ量Ydが発生した状態の平面図である。
FIG. 19 is a plan view of the light emitting
図19(a)では、発光素子アレイチップ236において、上方向に接合ずれ量Ydが発生した状態について示している。図19(b)では、発光素子アレイチップ236において、下方向に接合ずれ量Ydが発生し、さらに、右方向に接合ずれ量Xdが発生した状態について示している。
FIG. 19A shows a state in which a bonding deviation amount Yd is generated in the upward direction in the light emitting
そして、各不純物拡散領域DAは、第1の実施形態と同様に、最大接合ずれ量を考慮したサイズとする必要がある。ただし、第2の実施形態では、3端子発光素子235ごとに分離した不純物拡散領域DAが形成されるため、上述の図19に示すように、各不純物拡散領域DAの上下方向(Y方向)だけでなく左右方向(X方向)についても、最大接合ずれ量(Xdmax、Ydmax)を考慮して、不純物拡散領域DAの左右方向(X方向)及び上下方向(Y方向)の幅(すなわち、X3及びY3の幅)を設定する必要がある。
Each impurity diffusion region DA needs to be sized in consideration of the maximum junction deviation amount, as in the first embodiment. However, in the second embodiment, since the impurity diffusion region DA separated for each of the three-terminal
したがって、第2の実施形態では、アノード層248bの上下方向(Y方向)の幅Y3は上述の(2)式を満たす必要がある。また、第2の実施形態では、アノード層248bの左右方向(X方向)の幅X3は以下の(4)式を満たす必要がある。ここでは、各不純物拡散領域DAは一辺の幅がWdの正方形であるため、幅Wdは、上述の(3)式及び以下の(5)式の関係を満たす必要がある。なお、第2の実施形態において、左右方向(X方向)の許容最大ずれ量Xdpは、以下の(6)式で表すことができる。
X3 ≧ X2+(2*Xdmax) …(4)
Wd ≧ We+(2*Xdmax) …(5)
Xdp=(X3−X2)/2 …(6)
Therefore, in the second embodiment, the width Y3 in the vertical direction (Y direction) of the
X3 ≧ X2 + (2 * Xdmax) (4)
Wd ≧ We + (2 * Xdmax) (5)
Xdp = (X3-X2) / 2 (6)
(B−3)第2の実施形態の効果
第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、以下のような効果を奏するができる。
(B-3) Effects of Second Embodiment According to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.
第2の実施形態の光プリントヘッド204を構成する3端子発光素子アレイ233では、不純物拡散領域DAをエッチングしていない。そのため、第2の実施形態の3端子発光素子アレイ233では、不純物拡散により形成したpn接合界面(アノード層248bとゲート層247aとの境界部分)をエッチングにより露出させないため、pn接合界面からのリーク電流を抑制し、安定的に動作することができる。
In the three-terminal light-emitting
(C)他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
(C) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and may include modified embodiments as exemplified below.
(C−1)上記の各実施形態では、本発明のプリントヘッドを電子写真式プリンタに適用する例について説明したが、FAX、複合機、複写機等のその他の画像形成装置に適用するようにしてもよい。 (C-1) In each of the above embodiments, the example in which the print head of the present invention is applied to an electrophotographic printer has been described. However, the present invention is applied to other image forming apparatuses such as a FAX, a multifunction peripheral, and a copying machine. May be.
また、上記の各実施形態では、本発明の半導体装置(3端子発光素子アレイが付けられたドライバIC)を、プリントヘッドに適用する例について説明したが、本発明の半導体装置を適用するデバイスについては限定されないものである。例えば、本発明の半導体装置をディスプレイ等の表示装置に適用するようにしてもよい。このように、本発明の半導体装置は、アレイ型のLEDを用いて実現可能な種々のデバイスに適用することができる。 In each of the above embodiments, the example in which the semiconductor device of the present invention (driver IC with a three-terminal light-emitting element array) is applied to a print head has been described. However, the device to which the semiconductor device of the present invention is applied. Is not limited. For example, the semiconductor device of the present invention may be applied to a display device such as a display. As described above, the semiconductor device of the present invention can be applied to various devices that can be realized by using an array type LED.
(C−2)第1の実施形態では、上下方向(Y方向)についてのみ、最大接合ずれ量Ydmaxを考慮して帯形状の不純物拡散領域DAの幅を調整しているが、帯形状の不純物拡散領域DAの両端に形成される3端子発光素子235についても確実に性能を担保するには、第2の実施形態と同様に、左右方向(X方向)についても最大接合ずれ量Xdmaxを考慮して、帯形状の不純物拡散領域DAの長手方向の幅を決定するようにしてもよい。
(C-2) In the first embodiment, the width of the band-shaped impurity diffusion region DA is adjusted only in the vertical direction (Y direction) in consideration of the maximum junction deviation amount Ydmax. In order to ensure the performance of the three-terminal
200…画像形成装置、201−1〜201−4…プロセスユニット、202…感光ドラム、203…帯電装置、204…光プリントヘッド、205…記録媒体、206…記録媒体カセット、207…ホッピングローラ、208、209…ピンチローラ、210…搬送ローラ、211…レジストローラ、212…転写ローラ、213…定着装置、214、215…排出ローラ、216、217…ピンチローラ、218…用紙スタッカ部、219…クリーニング装置、220…現像装置、221…ベース材料、222…ロッドレンズアレイ、223…ホルダ、224a、224b…クランプ部材、230…光プリントヘッド基板ユニット、231…プリント配線板、232…ドライバIC、233…3端子発光素子アレイ、234…ボンディングワイヤ、235…3端子発光素子、236…発光素子アレイチップ、240…平坦化膜、241…接合層、242…カソード層、243…カソードコンタクト層、244…下クラッド層、245…活性層、246…上クラッド層、247a、248a、249a…ゲート層、247b、248b、249b…アノード層、250…アノードコンタクト電極、251…カソードコンタクト電極、252…ゲートコンタクト電極、260…成長基板、261…バッファ層、262…犠牲層、263…エピフィルム、264…エピタキシャル層。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体薄膜は、エピタキシャル成長により形成された半導体層を用いて構成されており、
前記半導体薄膜の表面の一部の領域には不純物拡散が行われており、
前記不純物拡散が行われた領域内に、前記発光素子で発光可能な発光領域が形成されており、
前記半導体薄膜で不純物拡散される不純物拡散領域は、前記発光領域よりも広くなっている
ことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device comprising: a substrate on which a drive circuit is formed; and a semiconductor thin film attached on the substrate and formed with a plurality of light emitting elements.
The semiconductor thin film is configured using a semiconductor layer formed by epitaxial growth,
Impurity diffusion is performed in a part of the surface of the semiconductor thin film,
A light emitting region capable of emitting light by the light emitting element is formed in the region where the impurity diffusion has been performed,
An impurity diffusion region in which impurities are diffused in the semiconductor thin film is wider than the light emitting region.
エピタキシャル成長により半導体層を有する半導体薄膜を形成する第1の工程と、
前記半導体薄膜の表面の一部の領域に不純物拡散を行う第2の工程と、
前記不純物拡散が行われた領域内に、前記発光素子で発光可能な発光領域を形成する第3の工程とを含み、
前記第3の工程では、前記半導体薄膜で不純物拡散される不純物拡散領域を、前記発光領域よりも広くする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a substrate on which a drive circuit is formed; and a semiconductor thin film formed on the substrate and formed with a plurality of light emitting elements.
A first step of forming a semiconductor thin film having a semiconductor layer by epitaxial growth;
A second step of diffusing impurities in a partial region of the surface of the semiconductor thin film;
Forming a light emitting region capable of emitting light by the light emitting element in the region where the impurity diffusion has been performed, and
In the third step, an impurity diffusion region in which impurities are diffused in the semiconductor thin film is made wider than the light emitting region.
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